Transmisii prin curele sincrone

Transmisii prin curele sincrone

1 Elemente Cureaua sincrona CS ("curele sincrone") - produs hibrid - pus la

constructive punct relativ recent, reuneste optimal calitatile functionale si

si functionale constructive ale curelelor cu cele al lanturilor de transmisie.

Transmisia prin curele sincrone, componenta a transmisiilor mecanice

prin angrenare, utilizeaza pentru transferul energiei intre roata motoare

si roata condusa un element intermediar fara fine, cureaua sincrona.

Curelele sincrone au intradosul in unele variante si extradosul prevazut cu dantura prismatica, transmitand energia mecanica prin angrenarea dintre curea si rotile de curea.

Dintre avantajele pe care le confera se mentioneaza:

- functionarea silentioasa si riguros sincrona, prin eliminarea socurilor la intrarea in angrenare, a efectului poligonal si a alunecarii elastice;

- tensionarea initiala si alungirea curelei in timp sunt practic nule, ceea ce reduce substantial incarcarile arborilor respectiv al lagarelor si exclude necesitatea reglajului periodic al distantei dintre axe (precum si a dispozitivelor constructive aferente);

- constructie compacta si usoara, cu gabarit redus de cca 2775% in raport cu curelele si lanturile de transmisie;

- nu necesita ungere si sunt insensibile la actiunea agresiva a uleiurilor minerale neaditivate sau a umiditatii;

- costuri de instalare si intretinere comparabila cu ale curelelor late sau trapezoidale.

Ca dezavantaje se enumera:

- tipizarea nefiind reglementata prin ISO, pot sa apara restrictii atat la utilizare cat si la aprovizionare;

- constructia rotilor de curea, sub aspectul complexitatii, devine comparabila cu cea a rotilor dintate, dezavantaj compensat partial in cadrul productiei de serie;

- pretentiile referitoare la abaterile de forma si pozitie precum si la precizia de aliniere a rotilor cresc in comparatie cu transmisiile prin curele.

Parametrii energo-functionali ce caracterizeaza transmisia prin curea sincrona sunt: P (puterea); v (viteza curelei); w (viteza unghiulara a rotii motoare); i (raport de transmistere); h (randament); t (temperatura de functionare), indici de fiabilitate comparabil cu cei ai angrenajelor.

Sfere de aplicabilitate:

- comanda sau reglare pentru transmisiile cu gabarit redus si inalta precizie cinematica, de ex.: echipamente periferice pentru calculatoare electronice, masini de scris, alimentarea cu combustibil si distributia motoarelor cu ardere interna, aparataj electromenajer etc.;

- realizarea de viteze mari, de ex.: masini de rectificat, masini de prelucrarea lemnului etc.;

- transmisii de putere, de ex.: masini unelte, textile, antrenarea pompelor, compresoarelor si a echipamentelor portative.

Elemente constructive ale transmisiei sunt: cureaua si rotile de curea.

1.1. Cureaua Din punct de vedere constructiv este compusa din: element de inalta rezistenta la tractiune - cablaj continuu din fibre de poliester, sticla sau otel - dispus in stratul neutru incorporat intr-o masa compacta de elastomer rezistent la uzura (de tip neopren sau poliuretan).

Fig.1a

Fig.1b

Dantura de forma prismatica (protejata in cazul neoprenului cu un    

invelis de nylon) este dispusa pe intradosul, uneori si pe extradosul

curelei.

Ansamblul astfel obtinut, pe langa flexibilitate si precizie geometrica, asigura capacitate de incarcare ridicata cu alunecari practic neglijabile.

Elementele de geometrie ale curelei sincrone (fig.1) sunt: p - pasul; b - latimea; h - grosimea totala; L_p - lungimea primitiva careia ii corespunde un numar intreg de dinti ; a_c - unghiul flancurilor curelei; h_d - inaltimea danturii egala cu o fractiune din pas.

Unei tipodimensiuni definite prin pasul normal (p) ii corespund serii de variante cu latimi (b) si lungimi primitive (L_p) diferite.

Combinatiile geometrice astfel obtinute acopera constructiv si functional domenii largi pentru a, i si P.

Observatie.

Principiile de tipizare formulate anterior se gasesc in normele interne ale producatorilor europeni de curele late dintate.

1.2. Rotile de curea Coroana rotilor este generata astfel incat in procesul angrenarii cu dinti conjugati ai curelei sa se asigure un joc de flanc pozitiv (fig.2). Jocul la fund devine practic nul pentru z ³ 20 dinti (fig.2 a).

Fig.2a

Fig.2b

Generarea danturii se realizeaza prin copiere sau rostogolire cu scule profilate conform golului (abaterile de forma si pozitie sunt riguros reglementate intrucat influenteaza defavorabil durabilitatea curelei).

Discul si butucul rotilor de curea se pot adapta, fara restrictii constructive.

Diametrul de varf al coroanei dintate se stabileste din relatia:

(1)

in care:

este diametrul primitiv sau de rostogolire (cercurile de divizare si rostogolire se confunda);

u - distanta de la stratul primitiv (neutru) si suprafata de fund a dintilor curelei.

Latimea coroanei dintate depaseste intotodeauna latimea curelei (fig.3).

Chiar in ipoteza unei alinieri perfecte, structura neomogena a elementului de rezistenta cat si imperfectiunile tehnologice, determina tendinta de deplasare laterala (dezaxare) a curelei pe roti.

In vederea ghidarii curelei, rotile se prevad bilateral cu reborduri (daca a < 8 D_p1 numai la pinion, iar pentru a > 8D_p1 sau cand arborii sunt verticali, la ambele roti)

(fig.3 b). Daca i 1 pe fiecare roata se dispun antisimetric (in diagonala) cate un rebord (fig.3 c).

Fig.3a

Fig.3b

Fig.3c

Pentru transmisiile cu doi sau mai multi consumatori si un contur complicat, se prevad pe exteriorul sau interiorul ramurii conduse, role de ghidare (compensare) cu coroana lisa.

Rolele de ghidare maresc unghiurile de infasurare pe rotile de curea (implicit z_an - numar de dinti aflati in angrenare) si asigura o usoara tensionare initiala, precum si compensarea diferentelor dintre lungimea curelei si cea a conturului transmisiei.

Diametrele rolelor de ghidare se admit ca un multiplu de pas D₀>k₀ p, iar latimea lor egala cu cea a rotilor de curea. Materialel uzuale pentru rotile de curea sunt: fontele, otelurile si aliaje (Al, Cu, Mg, Pb).

Executia rotilor de curea in cazul productiei de serie este turnarea sub presiune din aliaje ale Zn si Al.

Observatie

Se vor evita acele materiale care, sub influenta factorilor de mediu, isi schimba dimensiunile (substante higroscopice) sau corodeaza cureaua.

2. Elemente de Angrenarea perfecta si rigiditatea foarte mare la intindere a

cinematica si curelei conserva pe intregul contur viteza tangentiala a rotilor.

cinetostatica si

(2)

Observatii

- Performante comparabile realizeaza doar angrenajele executate cu precizie foarte inalta.

- Tensionarea initiala a curelei sincrone este redusa iar greutatea sa neglijabila.

Fig.4.a

Fig.4.b

Echilibrul dinamic al sistemului roata-curea (fig.4 a) permite determinarea fortelor din ramurile curelei.

(3)

Luand in considerare si forta centrifuga , in care m₁ este masa liniara a curelei iar v - viteza curelei, fortele totale din ramuri sunt:

(4)

Intrucat doar fortele active actioneaza asupra rotilor, incarcarea radiala pe arbore are intensitatea:

(5)

in care k_m ³ 1 ia in considerare eventuala tensionare la montaj (~1,25 1,5).

Forta activa din ramura motoare (fig.4 b) solicita cureaua la:

- strivire

(6)

- incovoiere

(7)

- forfecare

(8)

in care reprezinta cota parte din numarul de dinti ai rotii motoare [in ipoteza distributiei uniforme a sarcinii pe arcul de infasurare (b)], aflat in angrenare.

Efortul total din ramura motoare solicita la intindere elementul de rezistenta al curelei (cordajul compus din n cabluri de diametru d_c , are sectiunea A_c = npd_c² / 4).

(9)

La angajarea ramurii motoare pe arcele de infasurare, elementul de rezistenta este solicitat suplimentar la incovoiere:

(10)

intrucat D_p1 < D_p2 Þ s_i1 > s_i2, deci tensiunea normala maxima are valoarea:

(11)

Observatie

Capacitatea portanta si durabilitatea curelei late dintate sunt limitate de oboseala elementului de rezistenta si a dintilor respectiv de uzarea suprafetelor de flanc.

3 Elemente de Metodica de calcul aferenta curelelor sincrone prezinta unele analogii

geometrie formale cu dimensionarea curelelor si a lanturilor de transmisie.

Intrucat informatiile privind durabilitatea la oboseala si uzare a curelelor late dintate sunt sumare, dimensionarea transmisiei se efectueaza iterativ cu o metoda simplificata.

Succesiunea operatiilor pentru transmisia la care se cunoaste P₁ [kW]; w [rad/s]; i si regimul de lucru (k_r) este urmatoarea:

a). Functie de particularitatile dinamice ale transmisiei pasul nominal al curelei se accepta pe baza dependentei globale:

(12)

in care k_r este coeficient de regim.

b). Numerele de dinti ale celor doua roti se determina in functie de cinematica transmisiei:

(13)

rezultand:

(14)

c). In absenta altor restrictii constructive, geometria transmisiei cu arbori paraleli si ramuri deschise, se stabileste din conditia evitarii intersectiei cercurilor primitive:

(15)

in care z_a este numar conventional de pasi corespunzator distantei dintre axe: .

Inlocuind relatia (14) in (15) se obtine:

    (16)

d). Lungimea necesara a curelei identic egala cu lungimea conturului transmisiei, se deduce din considerente geometrice (fig.5).

Fig 5

(17)

in care:

e). Dupa alegerea tipodimensiunii adecvate de curea, intrucat numarul sau de dinti este intreg (z_c I N^*), trebuie recalculata distanta efectiva dintre axe:

(18)

f). Se verifica tensiunile admisibile pentru elementul de rezistenta si dantura (fig.4 b) si relatiile (6); (7) si (8) sau cunoscandu-se valorile admisibile ale tensiunilor, se stabileste latimea curelei b:

(19)

Observatie

Producatorii de curele sincrone indica in cataloage puterea transmisa pe unitate de latime si un dinte activ (P_1a) recomandand o cale de dimensionare aparent mai simpla (v..3.6 - stabilirea numarului de curele):

(20)

valoarea obtinuta se va rotunji la una din valorile tipizate existente in cataloagele de firma.

4 Elemente specifice Curelele sincrone trebuie montate ingrijit excluzandu-se

de montaj folosirea unor parghii care ar deteriora elementul de rezistenta sau dantura. In cazul transmisiilor cu distanta dintre axe fixa, montajul curelei si al pinionului se face simultan.

Pretensionarea este extrem de redusa si are drept scop asigurarea angrenarii corecte atat la functionarea in gol cat si in sarcina.

Tensionarea curelelor sincrone se realizeaza prin modificarea distantei dintre axe sau cu role de intindere.

Nota

Pana la aparitia standardului aferent transmisiilor prin curele late dintate, se pot consulta prospectele firmelor: Continetal Gummi-Werke si MULCO-Maschinentechnischen Arbeitsgemeinschaft

Utilizarea rolei de intindere influenteaza defavorabil durabilitatea curelelor dintate sincrone cu cca 1020%.

Probleme. Elemente de calcul.

Tab. 1.

*) Se considera ca date initiale ale problemei: P ; n₁ ;n_{2 s}i regimul de functionare al transmisiei (tipul masinii motoare si antrenate, numarul de ore de functionare a transmisiei din 24 ore, regimul dinamic etc.).

**) Pentru arbori paraleli, doua roti de curea

***) In cazul in care transmisia este amplificatoare (i<1), la valoarea coeficientului Kdin

tab. 2 se aduna valorile indicate in tab. 4. Pentru functionarea fara intrerupere sau a folosirii unei role de intindere se aduna 0,2 din valoarea lui K.

****) Tinand seama ca fabricile producatoare de curele late dintate utilizeaza in exclusivitate

unitatile inch si cai putere, se admit si aici aceste unitati.

1 Sa se calculeze transmisia prin curele sincrone dintre un motor

electrric monofazat - cu moment mare de demarare - si un transportor

elicoidal care functioneaza fara intrerupere, daca puterea de

transmis este P = 9 C.P. = 12,2 kW, n = 1750 rot/min,

n = 875 rot/min, iar a = 300 mm.

Rezolvare:

Se determina coeficientul de regim kr (din tabelele 2-4)

kr

Se adauga 0,2 intrucat transmisia functioneaza fara intrerupere

Puterea de calcul

kW

Din nomograma din fig. 6. rezulta tipul de curea: curea lata dintata cu pasul de (12,700 mm).

Diametrul primitiv d_p1 si numarul de dinti z₁ se adopta:

Numarul de dinti ai rotii mari

Diametrul primitiv al rotii mari

Se calculeaza viteza curelei

Se determina lungimea primitiva a curelei, considerand a = 300mm:

pasi. Se rotunjeste la 75 de pasi si se obtine

Distanta efectiva dintre axe

Prin urmare,

a=302,69mm

Puterea nominala transmisa de curea pe 1 tol latime (tab. 9):

P =5,51 CP = 6,77 kW

Unghiul de infasurare la roata mica este

obtinandu-se numarul de dinti in angrenare

Latimea aproximativa a curelei

unde k=1,100 (tab 12)

Latimea aproximativa a curelei se calculeaza cu relatia

in care kt (tab. 13).

Sa se verifice daca o transmisie cu curea lata dintata dintre un motor

electric sincron cu momentul de torsiune mare si un strung paralel -

care functioneaza cu intreruperi frecvente - poate sa transmita o

putere P = 21,68 C.P., cunoscand: z = 24; z= 72;

n = 1000 rot/min; p = 7/8'' = 22,225 mm: a = 500 mm; b = 102 mm.

3 Care este valoarea diametrului exterior al unei roti de curea sincrona

cu pasul p=1/2, z₁=18 si distanta la fibra neutra u=0,67 mm?

Care este valoarea fortei tangentiale la o transmisie prin curele

sincrone stiind ca p=1/2, z₁=16, M_t1=64670 Nmm?

Sa se calculeze forta din ramura motoare la o transmisie prin curele

sincrone cu urmatoarele caracteristici: p=1/2, z₁=20, P₁=5 kW,

M_t1=10⁵ Nmm. Se neglijeaza tensionarea initiala si greutatea proprie a

curelei.

Fig 6

Tab. 2.

Tab. 3.

Tab. 4

Tab. 5.

Tab. 6

Tab.7.

n - rot/min si D- mm

Tab.8

Tab

n - rot/min si D- mm

Tab. 9.

n - rot/min si D- mm

Tab. 10.

n - rot/min si D- mm

Tab. 11.

n - rot/min si D- mm

Tab. 12

Tab. 13.